Solunum Yolları Enfeksiyonlarında İmmünopatogenez

Transkript

1 Solunum Yolları Enfeksiyonlarında İmmünopatogenez

2 Enfeksiyon Hastalıklarında Mortalite Beş yaş üstü Beş yaş altı

3 Cell 2009;136: 402

4 20./21. Yüzyılda Pandemiler Spanish Flu Asian Flu Hong Kong Flu Mexican Flu >40 milyon ölüm 1-4 milyon ölüm 1-4milyon ölüm A(H1N1) A(H2N2) A(H3N2)??? A(H1N1)

5 Bu insanlar neden öldü? Sorumlu: Pandemi etkeni - Virülansı yüksek - Viral pnömoni - Etkenin yol açtığı doğal enfeksiyon Ancak bazı gözlemler: - Grip insidansı artarken, invaziv pnömokok ve meningokok enfeksiyonları da artıyor - Grip = septisemi ve meninjit için kofaktör - Influenza virüslerinin fizyopatolojik etkileri, koenfeksiyon etkenlerinin davranışlarını değişime uğratıyor

6 Influenza Virüsleri Bakterilerin İşlerini Kolaylaştırıyor

7

8 INFLUENZA VİRÜSLERİNDE PATOGENEZ 1- Bakterilerin işini nasıl kolaylaştırırlar? 2- Kendileri nasıl bu denli patojen olabiliyorlar?

9 1. Örnek: Çinçilia modelinde deneysel OM Çinçiliaların IN enfeksiyonu: -Inf A ile inoküle edilenlerin % 4 ü -S.pneumoniae ile inoküle edilenlerin % 21 i -Koinfekte edilenlerin % 67 si OM geliştiriyor. Nat Rev Microbiol 2004; 2: 552

10 2. Örnek: Gelincik modelinde deneysel OM - S. pneumoniae, N.meningitidis e dirençli deney hayvanları, sub-letal Inf.A inokülasyonunun 7. günü, bakterilere duyarlı hale geçiyor - Gribin neden olduğu inflamasyon sürecinde süperenfeksiyona duyarlılık söz konusu... - IFN-γ ve IL-1 artışı Infect Immunity 2006; 74:2562

11 Influenza enfeksiyonunu takiben Solunum yollarında farklılaşma: 1- Epitel hasarı/sitotoksisite 2- Solunum fonkl.değişimler 3- Reseptör ekspresyonunda artış 4- Doğal direncin baskılanması 5- Nötrofillerin apoptozu BAKTERİ ENFEKSİYONLARINDA ARTIŞ

12 INFLUENZA VİRÜSLERİNDE PATOGENEZ 1- Bakterilerin işini nasıl kolaylaştırırlar? 2- Kendileri nasıl bu denli patojen olabiliyorlar?

13 1951 de Iowa Üniv. den JOHAN HULTIN: Alaska ya 1918 suģunu aramaya gider YaĢamını yitirenler permafrost tabakasında Sonuç : BAġARISIZ 1995 de Washington Üniv., 1918 den kalan doku örnekleri incelenir 1996 da pandemide ölen bir askerin akciğer dokusundan etkenin 5 genine ait nükleotid sekansları elde edilir ; ancak virüsün tüm genom sekansının eldesi mümkün olmaz.

14 Artık 73 yaģında olan J HULTIN yeniden Alaska ya gider Ġlk araģtırmasından tam 46 yıl sonra yaģamını yitirmiģ 4 kiģinin donmuģ akciğerlerinden aldığı biyopsilerde 1918 suģunun tüm genomunu sekanslar Bu suģ neden bu kadar PATOJEN? Önce farklı patojenliği arttırıcı mutasyonlar aranmıģ... Sonra her farklı gen bölgesi, baģka virüslere integre edilip, bu virüsteki değiģim incelenmiģ Sonuçta 1918/HA geninin yoğun inflamatuar yanıta neden olduğu gösterilmiģ.

15 GEN EKSPRESYON ORANLARI FARKLI Nat Rev Immunol 2008;8: 644

16 Abartılı İmmün Yanıtın Sonuçları Hipersitokinemi Hemofagositik sendrom ARDS/MOSF Yaygın pülmoner ödem Alveoler hemoraji Yoğun lökosit infiltrasyonu Böbrek yetmezliği Kardiak disfonksiyon

17 Patojenin Yıkımı vs Immünopatoloji: Hassas Denge Yetersiz immün yanıt Hasar YOK Ağır immünopatoloji Viral hasarda azalma Abartılı immün yanıt Viral yük artışı

18 Influenza A Virüsü

19 Solunum Yolları ve Immün donanım Annu Rev Immunol 2009;27: 61

20 Nat Rev Immunol 2008;8: 142

21 nfluenza Enfeksiyonlarında İmmün Yanıt

22 Nat Rev Immunol 2004;4:841

23 Influenza Virüslerine Karşı Oluşan Yanıtın Aşamaları 1- Doğal direnç hücrelerinin Virüsleri tanıması - dsrna -TLR3 - ssrna - RIG-1 ve TLR7 2- Doğal direnç mekanizmasının aktivasyonu - NK lar - Nötrofiller - Makrofajlar - Kollektinler, defensinler 3- Özgül yanıtın (Edinsel bağışıklık) devreye girmesi

24 RSV-F dsrna ssrna CpG DNA (Strober W et al: 2006)

25 Paediatr Resp Rev 2008;9: 243

26 Survival (%) Survival (%) Influenza A (H3N2) (IN inokülasyon) 100 TLR3 ün Influenza enfeksiyonu 80 sürecindeki önemi TLR3-/- WT pfu TLR3 -/- TLR3 +/+ 60 TLR3 +/+ NS TLR3 +/+ +IAV TLR3-/- WT pfu Post-infeksiyon süre TLR3-/- NS TLR3 -/- +IAV

27 Viral Nükleik Asidi tanıyan tek Reseptör TLR değil... Virus dsrna, ssrna RIG-I / MDA-5 Helicase CARD dsrna MAVS TRIF TLR3 MAPK TBK1/IKK IKK AP-1 IRF3-P NF- B AP-1 IRF3 NF- B IFN

28 Nature Rev Immunol 2008;8: 644

29 Reseptörlerin ligandları ile birleģmesi sonucu... Influenza dsrna ssrna, dsrna TLR3 TRIF RIG-I MAVS NF- B IRF-3 IL-8, IL-6, ISG Pro-inflamatuar aktivite Antiviral aktivite

30 Am J Respir Crit Care Med 2006;174: 1011

31 Sitokin bombardımanı- I Virüsün neden olacağı patolojilerden daha ağır hasarı pülmoner filtratlarda saptanan inflamatuar sitokinler gerçekleştiriyor. AĢırı inflamatuar anti-viral aktivite yarardan çok zarara yol açar!. Hayvan modellerinde 1918 Influenza A / H5N1 suşlarının yüksek titrede sitokin / kemokin salımına neden olduğu gösterilmiş (IFN-γ, TNF-α, IL-1, IL-6, IL-12, IL-18, GCSF,MIP-2, MIP-1α/β, MCP-1)

32 H5N1 Epitel hücreleri Upcoming experiments in FLURESEARCHNET Monosit / makrofaj T hücreleri - IP10 - MIG - IFN- - RANTES - MIP-1 - TNF- - IL-6 - IP10 - IL-6 - MIG - TNF- - MIP-1 CXCR3/CD11b + hücreler infiltrasyon yıkım

33 Sitokin bombardımanı- II Çok sayıda sitokin indüksiyonu, sitokin genlerinin transaktivasyonunu sağlayan bir transkripsiyon faktörünün (NF-kB), viral HA tarafından aktive edilmesinden kaynaklanır. Ayrıca viral NP de, monositlerden TNF ve IL-1 üretimini uyarmaktadır.

34 Nature Med 2006;12: 1203

35 J Gen Virol 2005;86: 1121

36 Nature Med 2009;15: 277

37 Trends Immunol 2009;30: 574

38 % Original Weight Farede Anti-TNF uygulaması kilo kaybını engelliyor Anti-TNF Control J Immunol 2001; 31: 2566

39 INFLUENZA enfeksiyonlarında INTERFERON ların ayrı bir önemi var...

40 Virology 2008;376: 53

41 Tip I IFN ların uyarısı sonucu oluģan proteinlere bir örnek: Mx Lösin zipper domen Central interacting domen GTAaz domeni Mx ler: - viral PB2 polimerazın transkripsiyonunu inhibe ederler - viral nükleokapside bağlanıp, parçalarlar Nat Rev Immunol 2008;8: 559

42 - Mx (-) fareler Influenza ya daha duyarlıdırlar - Letal hastalık oluģturmak için Mx (+) farelere kez daha fazla virüs gerekli

43 Microbes Infect 2010;12: 81

44 Cell Host Microbe 2007;2: 71

45 SOCS mrna level/ß-actin (Fold-increase) Influenza A enfeksiyonu, akciğer epitel hücrelerinde SOCS1 ve SOCS3 sentezini arttırıyor Mock + IAV 24 SOCS1 14 SOCS SOCS SOCS5 14 SOCS SOCS SOCS Time (h)

46 Influenza Enfeksiyonlarında Ġmmün Yanıt

47 1- Sitokin üretimi 2- Hedef hücre yıkımı NK ların iģlevleri * granül ekzositozu ile (granzim A, B) * ölüm reseptörlerini (FasL, TRAIL) devreye sokarak * antikora bağımlı hücresel sitotoksisite (FcγRIII ile) 3- DC ler ile etkileşim

48 J Virol 2009;83: 9215

49 J Virol 2008;82: 8030

50 Influenza Enfeksiyonlarında Ġmmün Yanıt

51 CD4 + T hücreleri: -Sitokin üretimi (IL-2, TNF, IL-10, IFN-γ) -CD8 + ve B hücre yanıtının güçlendirilmesi CD8 + T hücreleri: -Enf hücrelerin lizisi -Anti-viral sitokin üretimi (TNF, IFN-γ) B hücreleri: -Antikor üretimi -Antijen sunumu

52 Virülans ve Patogenezde rol oynayan viral proteinler Hemaglütinin (HA) Reseptör spesifisitesini belirler 1- Konak özgüllüğünü belirler ( 2,3- vs 2,6-bağlı sialik asid) 2- Hücresel tropizmi belirler (kırılma bölgesinin mülti-bazik özelliğine bağlı olarak, akciğer dışı yayılımın varlığı) 3- Replikasyon bölgesini belirler (Üst/alt sol yol da reseptör ekspresyonu) 4- Ġnflamatuar yanıtı uyarır

53 Influenza A H5N1 virüsü: HA Respt. spesifisitesi Nature 2006, Science 2006, Am J Pathol 2007, Am J Pathol 2009

54 Virülans ve Patogenezde rol oynayan viral proteinler Nöraminidaz (NA) Yeni viral partiküllerin hücreden salınımında rol oynar 1- Viral yayılımı etkiler (NA-HA oranı yeni partiküllerin sialik aside bağlanmalarına etkilidir) 2- Virüslerin hücrelere giriģini etkiler (HA kırılması için gerekli proteazların yığımını sağlar) 3- Apoptozu arttırır 4- Bakteri enfeksiyonlarını kolaylaģtırır, reseptörlerini açığa çıkarır

55

56 Farklı NA aktivitesine sahip suģların etki farkı-ii Sing57 : Yüksek NA aktivitesine sahip suģ Syd97 : DüĢük NA aktivitesine sahip suģ J Infec Dis 2005; 192: 249

57 J Infec Dis 2005; 192: 249

58 Influenza Virüslerinin önemli iki 1) NS1 Virülans Faktörü Am J Respir Cell Mol Biol 2007;36: 263 J Virol 2007;81: 514 2) PB1-F2 J Virol 2006;80: 11115

59 Virülans ve Patogenezde rol oynayan viral proteinler Yapısal olmayan protein 1 (NS1) Konağın anti-viral yanıtını etkiler 1- Viral RNA üretimini etkiler 2- PI3 kinaza etki ederek virüsün uyardığı apoptozu geciktirir 3- RNaz L nin OAS aktivasyonunu bloke eder 4- Tip I IFN yanıtını baskılar ve TNF/IFN a duyarlığı azaltır 5- RIG-1 aktivasyonunu baskılar 6- AĢırı sitokin üretimini kamçılar 7- PKR üzerinden gerçekleģen protein sentezi inhibisyonunu bloke eder 8-Konak mrna poliadenilasyonunu bloke eder 9- DH olgunlaģmasını baskılayarak T hücre aktivasyonuna engel olur

60 Am J Respir Cell Mol Biol 2007;36: 263

61 İmmünosüpresyona ÖRNEK: Viral patogenezde IFN antagonisti olan NS1 proteininin rolü - NS1 kodlama özelliği zayıf olan tipler konağın savunma mekanizmalarına karşı koyamazlar; bu durum viral replikasyonun azalmasıyla sonuçlanır (solda). - Buna karşın IFN antagonisti olan NS1 i yüksek düzeyde kodlama özelliği olan tipler konak savunmasını etkisiz hale getirir ve viral replikasyon hızla devam eder (sağda). Nature Med 2002; 8; 927

62 - NS1 kodlama özelliği zayıf olan tipler konağın savunma mekanizmalarına karģı koyamazlar - NS1 i yüksek düzeyde kodlama özelliği olan tipler konak savunmasını etkisiz hale getirir ve viral replikasyon sürer. Curr Opinion Microbiol 2002; 5: 414

63 NS1 in INTERFERON Sentezine etkisi CARD RIG-I Helicase PPP 5 PPP-RNA dsrna IPS-1, MAVS, VISA, CARDIF IRF-3 (inactive) IKK /TBK1 P IRF-3 (active) P Nature 2007; 446: 916

64 CARD RIG-I Helicase PPP 5 PPP-RNA dsrna Ub Ub Ub Ub Ub Ub TRIM25 TRIM25 TRIM25 IPS-1, MAVS, VISA, CARDIF IRF-3 (inactive) IKK /TBK1 P IRF-3 (active) P

65 NS1 i TRIM25 ile etkileşir PPP CARD 5 PPP-RNA RIG-I Helicase dsrna TRIM25 NS1 TRIM25 TRIM25 IPS-1, MAVS, VISA, CARDIF IRF-3 (inactive) IKK /TBK1 P IRF-3 (active) P

66 CARD RIG-I Helicase PPP 5 PPP-RNA dsrna TRIM25 NS1 TRIM25 TRIM25 IPS-1, MAVS, VISA, CARDIF IRF-3 (inactive) IKK /TBK1

67 J Gen Virol 2008;89: 2359

68 Virülans ve Patogenezde rol oynayan viral proteinler Viral Polimerazlar (PA, PB1, PB2) 1- Replikasyon yoğunluğunu belirler (replikasyon arttıkca virülans artar) 2- Isıya duyarlığı belirler (PB2 bölgesindeki tek bir aa değişimi düşük ısıda üremeyi sağlar) PB1-F2 1- Polimeraz genindeki ORF a etki 2- Apoptozu etkiler (C-terminal uç mitokondriyi hedef alan bölge içerir) 3- Viral polimerazı etkiler 4- Anti-viral immüniteyi etkiler (PB1-F2, inflamatuar hücre akımını arttırır, immünopatolojide etkilidir)

69 J Virol 2006;80: 7976

70 Cell Host Microbe 2007;2: 207

71 PB1-F2 Proteini * aa lik, C-terminal ucunda helikal domen taģıyan mitokondrial bir peptid * Fare KC mitokondrileri + PB1- F2= - Sitokrom C nin açığa çıkıģı - Mitokondri membranında zedelenme - tbid in tetiklediği permeabilite artıģı APOPTOZ

72 ĠġLEVĠ NEDĠR? 1- Viral replikasyonu değiģtirir : HAYIR 2- Hücre ölümüne neden olur : KISMEN 3- Ġmmünopatogeniteyi arttırır : EVET

73 Viral Protein: Mitokondri iç membr. ADENĠN NÜKLEOTĠD TRANSLOKATÖR 3 ( ANT3) ve Mitokondri dıģ membr. VOLTAJ BAĞIMLI ANYON KANAL1 (VDAC1) ile... Her 2 mol. apoptozise götüren süreçte mitokondri permeabilitesine etkililer PLoS Pathogens 2005;1:e4

74 INFLUENZA ENFEKSİYONLARINDA Doğal Bağışıklık ve Edinsel yanıtta etkili Genler Vaccine 2008;26S: D35

75